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光似乎是一種難以抓住的東西,但這正是所謂的光子晶體可以做到的。光子晶體由排列成互鎖晶格的微觀金屬棒製成,可以捕獲特定頻率的光。透過在特定位置引入雜質,科學家可以沿著預定的路徑彎曲光線。現在,科學家們發現了鎢制光子晶體的新用途。桑迪亞國家實驗室的研究人員沒有彎曲晶體內部的光線,而是使用鎢晶格來過濾輸入能量,使其僅在所需的頻段內從晶體中逸出。據說加熱後的晶格比固體燈絲能發出更多的能量,為可能更優越的能源鋪平了道路。
肖恩·林和他的同事們多年來一直在研究微小的鎢晶格,並且是第一個將晶體尺寸縮小到微米級的。他們目前正在研究的晶格由寬度為半微米、間隔為 1.5 微米的鎢棒組成。當研究人員將晶格置於加熱到 1250 攝氏度的真空中時,他們發現它以 34% 的效率轉換輻射,併發出約每平方釐米 14 瓦的功率。這兩個結果都明顯高於著名的普朗克定律預測的結果,普朗克定律模擬了理想固體材料在特定波長下的最大發射。日本國家材料科學研究所奈米材料實驗室的坂田和昭指出,“這項工作清楚地表明,即使是普朗克定律——量子力學時代的起點[用於預測這些相互作用]——也可以被修改。”
顯著提高的輸出值僅在晶格內部尺寸允許逸出的特定頻率下才能看到。這種特性可能有助於提高某些熱驅動引擎的效能。例如,光子晶體可以將發電廠發電機產生的多餘熱量匯入,並在更小的頻段內釋放出來,從而更有效地驅動引擎——例如電動汽車中只能在較小範圍內吸收能量的引擎。研究人員在即將發表在《光學快報》和《應用物理快報》兩份期刊上的兩篇論文中報告了他們的最新發現。
